Mkalah Model Inti

TUGAS KIMIA INTI DAN RADIOKIMIA MODEL INTI ATOM’’

‘’

Di susun Oleh:

 Nur Wahida 1513140013 Kimia Sains

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR 2017

MODEL INTI ATOM

Penemuan-penemuan partikel dasar quark mengubah pandangan mengenai inti atom yang hanya terdiri dari partikel dasar proton dan neutron sehingga menghantarkan pada penggambaran struktur atom yang sangat kompleks dan sangat jauh dari konseptualisasi Daltonian. Manfaat yang diperoleh diperoleh dari model quark adalah dapat menggambarkan bahwa struktur inti atom begitu rumit dan dinamis dimana proton dan neutron neutron tidak begitu saja bertumpuk dalam inti atom seperti jeruk dalam peti. Oleh karena itu model atom Murray - Zweig menjadi  paradigma baru dalam menerangkan struktur atom, terutama dalam kaitannya dengan susunan inti atom. Namun bukan berarti paradigma sebelumnya tidak  berlaku, karena untuk menerangkan bagaimana kedudukan elektron el ektron serta gerakan elektron sampai saat ini masih digunakan paradigma teori atom mekanika gelombang (Avoy dan Zarate, 1996). 1996). Identifikasi dan karakterisasi sinar katoda dan sinar terusan oleh Joseph John Thomson mengemukakan bahwa elektron dan proton merupakan partikel dasar pembangun atom. Dari hal tersebut, muncullah hipotesis proton-elektron yang mengemukakan bahwa inti atom tersusun dari proton dan elektron. Menurut hipotesisi ini, inti helium misalnya, dianggap terdiri atas empat proton dan dua elektron. Alasan yang mendukung hipotesis ini adalah pada peluruhan inti tadioaktif dapat dipancarkan α(yang telah diketahui dengan inti helium) dan  partikel β yang identik dengan elektron. Jadi, J adi, seharusnya inti tersusunatas proton dan elektron. Keberatan terhadap hipotesis ini antara lain: berdasarkan dualisme gelombang dari materi dari de Broglie, jika dalam inti terdapat elektron bebas, elektron tidak leboh besar dari ukuran inti 10 -15m. Energi kinetik elektron yang  bersesuaian dengan panjang gelombang tersebut aladh 100 MeV, sangat jauh jauh lebih besar dibandingkan dengan energi maksimum partikel β yang dipancarkan inti (Bunjali, 2002: 36). Pada tahun 1911 Rutherford menemukan teori inti untuk menjelaskan struktur atom berdasarkan hasil percobaan tentang penghamburan sinar alfa. Hingga tahun 1920 Rutherford dapat menjelaskan bahwa muatan inti adalah Ze dengan Z adalah nomor atom unsur dan e adalah muatan elektron. Partikel-

 partikel dalam inti yang bermuatan positif diberi nama proton. Pada waktu itu Harkins, Ome Manson dan Rutherford secara terpisah tetapi dalam waktu yang sama mengemukakan suatu anggapan bahwa di dalam inti mungkin terdapat  partikel tak bermuatan yang bermassa satu satuan massa atom. Partikel ini dianggap sebagai hasil penetralan proton oleh elektron. Dengan penemuan neutron maka dapat disimpulkan bahwa neutron merupakan massa pengikat  proton dalam inti sehingga menghasilkan gaya tarik menarik yang mengimbangi gaya tolak coulomb antar proton yang bermuatan positif. Oleh karena itu inti terdiri dari neutron dan proton. Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah nomor atom (Z). Jumlah neutron dalam inti sama dengan bilangan neutron (N). Partikel-partikel

penyusun

inti

yaitu

proton

dan

neutron

disebut

nukleon (Achmad, 2001: 185). Inti menempati bagian yang sangat kecil dari volume suatu atom, tetapi ia mengandung sebagian besar massa dari atom karena baik proton maupun neutron  berada di dalamnya. Untuk mengkaji stabilitas suatu atom kita perlu mengkaji kerapatannya. Kerapatan yang sangat tinggi dari inti segera membuat kita ingin tahu apa yang mengikat partikel-partikel rapat tersebut. Dari interaksi elektrostatik kita mengetahui bahwa muatan sejenis saling tolak dan muatan tak sejenis saling tarik. Selain tolakan ada juga tarik menarik jarak pendek anatara proton dan  proton, proton dan neutron, neutr on, neutron dan neutron. Stabilitias Stabilit ias semua ini i ni ditentukan oleh selisih antara tolakan elektrostatikdan tarikanjarak pendek. Jika tolakan melampaui tarikan,inti terdisintegrasi (meluruh), memancarkan partikelatau radiasi.

Jika

tarikan

melampaui

tolakan,

inti

menjadi

stabil (Chang, 2005: 259-260). Menurut Bunjali (2005: 42), bahwa komposisi nukleon mempengaruhi kestabilan inti. Fakta menunjukkan bahwa faktor penting yang mementukan kestabilan inti adalah : a. Angka banding jumlah neutron terhadap jumlah proton (N/Z) yang terkandung dalam inti, inti yang paling stabil dang nomor 20, memiliki 

nilai  =1 (kestabilan diagonal) 

 b. Pasangan enukleon ditunjukkan oleh hukum genap-ganjil. Kestabilan yang lebih tinggi dicapai bila komposisi nukleon dalam inti, baik proton maupun neutron berupa bilangan genap. c. Energi pengikat inti per nukleon. Inti paling stabil bila memiliki energi  pengikat inti per nukleon paling besar. besar. Satu ukuran kuantitatif dari stabilitas inti ialah energy ikat inti (nuclear menjadi binding energy) , , yaitu energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi komponen-komponennya, proton dan neutron .Kuantitas ini menyatakan konversi massa menjadi energi yang terjadi selama berlangsungnya reaksi inti eksotermik yang menghasilkan pembentukan inti. Konsep energi ikat inti berkembang dari kajian sifat-sifat inti yang menunjukkan bahwa massa inti selalu lebih rendah dibandingkan jumlah massa nukleon, yaitu istilah umum untuk proton dan neutron dalam inti. Selisih antara massa atom dan jumlah massa dari proton,

cacatt ma massa ( mass de defect) ct) . F i si i nti (nuclea ( nuclearr neutron, dan elektron dinamakan caca  fiss  fi ssion ion)) ialah proses di mana suatu inti berat (nomor ( nomor massa > 200)membelah diri membentuk inti-inti yang lebih kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron.  neutron.  Karena inti berat kurang stabil dibandingkan produknya proses ini melepaskan banyak energi. Berlawanan dengan proses fisi inti,  fusi inti inti (nu ( nucclea lear

 fusion)  fusion), yaitu penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Apabila dua inti ringan bergabung atau berfusi membentuk inti yang lebih besar dan stabil, maka akan membutuhkan energi yang banyak dalam prosesnya. Fusi inti terjadi terus-menerus di matahari karena matahari terdiri atas hidrogen dan helium. Dimana matahari memiliki suhu sekitar 15 juta derajat Celsius, karena reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi reaksi ini sering dinamakan reaksi termonuklir (Chang, 2005: 262-275). Stabilitas inti dalam pembentukan inti, proton dan neutron dipercaya menghuni sederet kulit inti. Proses ini analog dengan membangun struktur elektron suatu atom melalui penambahan berurutan elektron-elektron ke kulit elektron sama seperti proses Aufbau yang secara berkala menghasilkan konfigurasi elektron dengan stabilitas luar biasa, demekian juga inti tertentu yang memperoleh stabilitas khusus ketika kulit inti tertutup. Kondisi dengan stabilitas

khusus suatu inti atom terjadi untuk jumlah proton atau neutron tertentu yang disebut sebagai bilangan ajaib (magic number) . Pengamatan lain yang berkaitan dengan inti ialah bahwa diantara inti-inti stabil, banyaknya proton dan neutron hampir semuanya genap. Ada beberapa inti stabil yang banyaknya proton dan neutronnya ganjil. Neutron diketahui dapat memberikan kekuatan inti untuk mengikat proton dan neutron bersama-sama menjadi unit yang stabil. Tanpa neutron, gaya tolakan elektrostatik antara proton-proton bermuatan positif akan mengakibatkan inti terpisah jauh. Untuk Untuk unsur unsur dengan nomor atom

rendah

(sampai sekitar Z = 20), banyaknya neutron yang diperlukan untuk inti stabil adalah sama dengan banyaknya proton, contohnya, He, C, O, Si, dan Ca. untuk nomor atom tinggi, berhubung meningkatnya gaya tolak di antara proton-proton, lebih

banyak

neutron

diperlukan

dan

rasio

neutron-proton

(N/Z)

meningkat (Petrucci. 2014:257). Energi ikat inti menjelaskan keberadaan proton-proton dan neutronneutron yang bersama-sama di dalam inti atom, tetapi gaya yang menahan proton dan neutron agar tetap bersama juga penting. Proton dan neutron terikat kuat satu sama lain tidak dapat dijelaskan dengan gaya-gaya fisika manapun. Gaya inti kuat dapat bersifat menolak (repulsif) atau menarik (atraktif) bergantung pada jarak antarnukleon-nukleon itu. Wilayah nuklir (inti) merupakan ruang terjadinya kompetisi antara gaya elektrostatik dan gaya inti kuat. Gaya elektrostatik antarproton cenderung mengganggu struktur inti atom. Namun, gaya inti kuat mempertahankan inti atom itu dalam batas-batas tertentu. Neutron-neutron dalam inti

atom

menempati

ruang

diantara

proton-proton,

dengan

demikian

 bertambahlah jarak antarproton-proton itu. Gaya-gaya elektrostatik itu menjadi lemah, ini membantu gaya inti kuat menjadi gaya yang dominan dalam inti atom (Yaz. 2006: 287-288). Asumsi yang dibuat pada koreksi pertama, yaitu energi ikat adalah b 1 per nukleon, serupa dengan asumsi bahwa seluruh elektron juga dilingkupi oleh nukleon-nukleon lain. Hal ini tentu saja tidak berlaku untuk nukleon-nukleon di  permukaan inti, yang terikat lemah. dijumpai bahwa terdapat kelebihan neutron ketimbang proton atau kebalikannya di dalam nukleus, maka energinya, dan juga

massa yang bersesuaian dengannya akan mengalami kenaikan menurut prinsip  pengecualian Pauli. Nukleon-nukleon di dalam nukleus juga cenderung “berpasangan” neutron-neutron neutron-neutron atau proton-proton berkelompok bersama dengan spin-spin yang berbeda. Akibat efek ini, didapati bahwa pasangan energi hadir  bervariasi sebesar A-3/4  dan bertambah sebesar jumlah nucleon-nukleon tidak  berpasangan. Jumlah ini ditentukan sebagai berikut: berikut: A

Z

Genap

Genap

Jumlah nukleon tidak berpasangan 0

Ganjil Genap

1 Ganjil

2 (1 neutron dan 1 proton)

Pencantuman bentuk pasangan energi ini selanjutnya memberikan pernyataan akhir, yaitu persamaan untuk massa inti. Dimana rata-rata energi ikat per nukleon diperoleh dari persamaan, dengan mengambil perbedaan antara massa-energi inti dengan massa-energi nukleon unsur pokoknya, kemudian membaginya dengan  jumlah nukleon (Gautreau,2006:153). (Gautreau,2006:153). Perkembangan model inti pada tahap awal, merupakan sejumlah nukleon tertentu membentuk kulit tertutup dan nukleon dalam satu kulit tidak berinteraksi dengan nukleon pada kulit yang lain sebagaimana halnya elektron dalam kulitkulit yang berbeda pada bagian luar atom. Model ini disebut sebagai model  partikel bebas atau model kulit yang banyak disempurnakan oleh pemikiran Maria Goeppert Mayer berdasarkan sifat diskrit nuklir, seperti kestabilan inti, kelimpahan isotop, energi pengikat inti, penampang lintang serapan neutron, dan sebagainya. Kestabilan inti secara ekstra tampak pada nuklida dengan jumlah  proton atau jumlah neutron sebanyak 2, 8, 20, 28, 50, 82, dan 126 yang disebut sebagai bilangan ajaib. Selain model inti di atas, Niels Bohr dan Frenkel mengemukakan model inti yang berlandaskan anggapan bahwa semua nukleon dalam inti, satu sama lain berinteraksi secara kuat tanpa memperhatikan muatannya. Model ini menyatakan bahwa inti sebagai suatu zat homogeny terdiri atas nukleon yang berinteraksi dengan kuat di antara tentangganya seperti molekul-molekul dalam tetes cairan (Bundjali. 2002: 63).

Hasil penyederhanaan terhadap bentuk dan keadaan inti sesungguhnya dinamakan model inti. Model inti memberikan gambaran tentang bagaimana nukleon tersusun di dalam inti, agar berbagai fenomena inti dapat diungkapkan. Terdapat dua model yang telah dikembangkan, yaitu model kulit inti dan model tetes cairan. a. Model Kulit Inti Asumsi yang digunakan dalam model kulit inti adalah, bahwa nukleon tersebar dalam suatu deret tingkat energi diskret sesuai dengan prinsip mekanika kuantum. Cara nukleon tersebar dalam inti berbeda dengan sebaran elektron dalam atom. Menurut model ini, gerakan nukleon dalam inti dapat ditinjau sebagai gerakan partikel tunggal. Model ini hanya dapat diterapkan untuk inti pada keadaan dasar. Model kulit inti juga dapat menjelaskan keperiodikan beberapa sifat inti. Beberapa hasil pengamatan yang mendukung pandangan ini adalah sebagai berikut. 1.  Nuklida dengan energi ikat per nukleon tinggi. tinggi . 2.  Kecenderungan berpasangan berpasangan . (Sunarya. 2011: 333-335). Di dalam model tetesan cairan, nukleon-nukleon tidak diperlukan secara individu, sebaliknya efek-efek akan diratakan seperti nukleus. Model ini berhasil menjelaskan beberapa sifat inti, seperti rata-rata energi ikat per nukleon. Namun, sifat-sifat inti lainnya, seperti energi-energi keadaan tereksitasi dan moment magnet inti, membutuhkan pemakaian mikroskopik dalam perhitungan perilaku nukleon-nukleon secara individu. Pada bilangan-bilangan ajaib yaitu 2, 8, 20, 28, 50, 82 atau 126 nukleus-nukleus didapati dalam keadaan stabil dan berjumlah  banyak. Nukleon-nukleon Nukleon-nukleon terakhir yang melengkapi “kulit“kulit -kulit” ini memiliki energi-energi ikat tinggi. Selain itu, energi-energi pada keadaan tereksitasi  pertama ternyata lebih besar dibandingkan dengan energi nukleus-nukleus terdekat yang tidak memiliki bilangan-bilangan ajaib. Contoh, perak. Struktur kulit atom didapatkan dari suatu deret pendekatan yang berurutan. Pertama-tama kita asumsikan bahwa tingkat-tingkat energi untuk suatu nukleus bermuatan Ze telah terisi penuh oleh elektron-elektron Z dan seolah-olah tidak ada interaksi satu

sama lain, kemudian di buatlah koreksi-koreksi untuk menghitung efek-efek interaksi yang terjadi. Namun koreksi-koreksi ini sangat kecil; efek utamanya, yang

memghasilkan

pendekatan

pertama

terhadap

tingkat-tingkat

kulit

memunculkan suatu keadaan bahwa secara rata-rata elektron bergerak independen di dalam medan Coulomb nucleus. Di dalam atom, pembagian spin-orbit adalah suatu efek kecil yang menghasilkan struktur “halus”. Namun di dalam nukleus, interaksi spin-orbit berlangsung agak kuat sehingga menghasilkan pemisahan energi yang dapat diperbandingkan dengan separasi antar tingkat-tingkat energi osilator harmonik. Perbedaan lain antara pembagian 1s di dalam nukleus dengan di dalam atom adalah bahwa di dalam nukleus energi orbit sebesar j = l +1/2 lebih rendah dari pada j = l -1/2, yang hanya berlawanan dengan apa yang dijumpai di dalam atom-atom. Penutupan kulit-total jumlah nukleon yang  bergantungpada setiap celah energi yang besar, bersesuaian dengan bilangan ajaib (Gautreau,2006: 154-155).  b. Model Tetes Cairan Pada tahun 1935, C.v. Weiszacker mengemukakan bahwa sifat-sifat inti yang berkaitan dengan ukuran geometris, massa, dan energi ikatnya mirip dengan yang telah diketahui tentang sebuah tetes cairan (liquid ( liquid drop). drop). Pada tets cairan, kerapatannya konstan, ukurannya berbanding lurus dengan jumlah partikel atau molekul dalam tetesan dan kalor uap, atau energi ikatnya berbanding lurus dengan massa atau jumlah partikel yang membentuk tetesan. Seperti yang akan kita  perlihatkan sekarang, model tetes cairan bagi inti menghasilkan pernyataan p ernyataan yang dikenal sebagai rumus massa semi-empiris, untuk ketergantungan massa sebuah inti pada A dan Z(Wopspakirk. 1995: 180). Proton dan neutron merupakan kategori fermion (taat asas pauli dan tidak mau berkeadaan sama), jadi masing-masing menempati kulit berbeda dalam deretan kulit terpisah. Adanya kelebihan neutron ataupun proton dalam suatu isobar dapat meningkatkan massa inti menurut prinsip larangan pauli. Untuk memperoleh faktor koreksi akibat perbedaan jumlah proton dan neutron ini,  perhatikan gambar berikut :

Dari gambar diatas, pengurangan Z sebesar v diikuti juga dengan penambahan N sebesar v yang diberikan oleh v = (N-Z)/2 Jika selisih antar tingkat energi nukleon adalah Δ, maka pengurangan Z memberikan selisih energi ikat pada isobar sebesar ΔEikat = v[Δ v[Δ(v/2)] = [(N-Z)/2][ (N-Z)/2] [Δ [ Δ/2] = Δ/8(N-Z)2 (Arnikar, 1988: 52). Menurut Sunarya (2011: 333-335), bahwa model tetes cairan merupakan model statistik yang dikembangkan oleh Niels Bohr dan Wheeler. Model ini dikembangkan pada gerakan nukleon per individu, tetapi diasumsikan inti sebagai  bagian homogeni yang tersusun dari proton dan neutron. Untuk memahami inti atom, dapat dianalogikan dengan model tetes cairan sebagai berikut: 1. Tetes cairan dan inti atom keduanya memiliki jumlah partikel yang cukup  banyak. Tetes cairan c airan terdiri dari sejumlah atom atau molekul, sedangkan pada inti atom terdiri dari sejumlah proton dan neutron. 2. Tetes cairan dari inti atom diasumsikan sama-sama homogeny dan tidak dapat dipejalkan dengan penekanan. Kerapatan muatan dan seluruh sifatnya sama  pada tiap bagian, hal ini berarti volume = massa = A. 3. Inti atom dianggap sebagai larutan ideal dengan gaya antaraksi homogen, yakni Fn-n = F p-p = F p-n. gaya ini tidak dipengaruhi oleh spin maupun muatan. 4. Antaraksi antarnukleon hanya terjadi antarnukleon tetangga terdekat, dan inti atom memiliki tegangan antarmuka sebanding dengan A 2/3.

Model teori tetes cairan untuk fisi, pernyataan ini telah ditelaah lebih lanjut lanjut oleh Niels Bohr dan John, dengan memanfaatkan model “tetes cairan” mengenai inti atom berat, untuk menjelaskan mekanisme fisi inti atom berat. Tujuannya, menentukan energi kritis agar suatu reaksi fisi dapat berlangsung. Menurut model ini, inti atom berat berperilaku sama seperti setetes cairan yang mudah terbelah menjadi dua tetesan yang lebih kecil ukurannya bila padanya dikenakan gaya yang sesuai. Analogi mekanisme fisi inti atom, menurut Bohr dan Wheeler, suatu neutron yang menumbuk inti atom dan kemudian bergabung dengan inti tersebut akan memperoleh energi ikat yang analog dengan energi (tegangan) permukaan tetes cairan. Energi gerak neutron penumbukan tadi  berperan sebagai gangguan luar yang kemudian menyebabkan “inti gabungan”, atom beserta neutron tadi, menjadi bergetar sehingga sama seperti contoh tetes cairan (Marzuki. 2010: 232-233).

DAFTAR PUSTAKA Achmad, Hiskia. 2001.  Kimia Unsur dan Radio Kimia.  Kimia.   Bandung: PT. Aditya Bakti. Arnikar. HJ.. 1988.  Essentials of Nuclear Chemistry.  Chemistry.  New delhi: Institute Wiley Eastern Limited. Bunjali, Bunbun. 2002. Kimia 2002.  Kimia Inti. Inti. Bandung: ITB. Chang, Raymond. 2005.  Kimia Dasar Jilid 2.Jakarta: 2.Jakarta: Erlangga. Gautreau, Ronald dan Willian Savin. 2006.  Fisika Modern Edisi Kedua. Jakarta: Kedua. Jakarta: Erlangga. Marzuki, Ismail., Amirullah, dan Fitriana. 2010.  Kimia dalam Keperawatan. Keperawatan . Takalar: Pustaka As Salam. Petrucci., dkk.. 2014. Kimia 2014.  Kimia Dasar Prinsip-Prinsip dan Aplikasi Modern Jilid 3. Jakarta: Erlangga. Sunarya, Yayan. 2011. Kimia 2011.  Kimia Dasar 2. 2. Bandung: CV. Yrama Widya. Wopspakirk, Hans J. 1995. Teori dan Soal-Soal Fisika Modern. Jakarta: Erlangga. Yaz, Ali. 2006. Fisika 2006.  Fisika SMA Kelas XII . Jakarta: Quadra.

PERTANYAAN:

1. Model tetes cairan dikembangkan pada gerakan nukleon per individu, tetapi diasumsikan inti sebagai bagian homogeni yang tersusun dari proton dan neutron. Mengapa demikian? 2. Apakah model inti atom setiap unsur berbeda ataukah sama?